黄河下游河道输沙水量的计算方法及应用

本文在以往输沙水量研究成果的基础上，从输沙机理分析着手，根据河道输水输沙实际过程，剖析径流量中各部分水量在泥沙输移中的作用，引入净水量的概念，提出了输沙水量和单位输沙水量的定义及其计算方法，根据1950～2000年黄河下游河道实测水沙资料，计算了1950～2000年三门峡水库运用不同时期黄河下游河道输沙水量与单位输沙水量的变化过程，分析了输沙水量和单位输沙水量与径流量、输沙量、流量、含沙量、冲淤量、来沙系数等因素的关系，得到了黄河下游河道输沙水量与单位输沙水量的计算公式。     

黄河下游高效输沙洪水调控指标研究

黄河下游河道冲淤变化主要取决于水沙条件,即随流量大小和含沙量高低而变化,含沙量越低则泥沙淤积比越小、单位输沙水量越大,反之,含沙量越高则泥沙淤积比越大、单位输沙水量越小。在黄河水少沙多、水资源日趋紧缺和供需矛盾日益突出的现实条件下,为兼顾河道少淤和减少输沙水量,可通过水库调度,优化水沙搭配、塑造高效输沙洪水。以黄河下游实测场次洪水为基础,建立洪水期下游河道泥沙淤积比与水沙因子间的响应关系,求得流量为4 000 m~3/s时冲淤临界含沙量约为50 kg/m~3;基于黄河下游河道洪水泥沙输移规律,以维持黄河下游河道基本不淤积为约束条件,分析单位输沙水量随含沙量的变化情况,提出了高效输沙洪水泥沙优化配置指标,即洪水流量为4 000 m~3/s、河道淤积比为0～15%时,相应的高效输沙洪水含沙量配置区间为50～75 kg/m~3。     

黄河下游河道输沙沿程调整变化模拟

黄河下游河道输沙具有"多来多排多淤"的特点,一般采用考虑上站来水含沙量的输沙率经验公式描述。通过比较输沙率经验公式与不平衡输沙理论方程之间的区别与联系,从理论上对经验公式的指数变化规律进行了研究,并构建提出了一种变幂指数的泥沙输移模型。基于所建立的泥沙输移变幂指数模型,结合黄河下游河道沿程实测水沙资料,重点对花园口—高村(游荡型)、艾山—利津(弯曲型)段输沙沿程调整变化情况进行了模拟计算。结果表明,计算值与实测值基本一致,确定系数均大于0.97。     

小浪底水库运用后输沙用水量可以大量节省

经过我国几代人对黄河泥沙输移的研究和实践,认识己有重大突破,即可以利用高含沙水流输沙入海,节省输沙用水量,减缓河道淤积,为解决黄河下游防洪展现出美好的前景.为小浪底水库采用泥沙多年调节,充分利用下游河道的输沙潜力,利用汛期大流量输送高含沙水流入海提供了可能,是解决黄河下游泥沙问题节省输沙用水的有效技术途径.在黄河下游水资源十分紧张的情况下,使平水年、枯水年小浪底水库不排沙,全部水量用于兴利和环境用水.方案计算表明采用1970-1996年实测系列,水库开始排沙后,年均输沙用水量为43亿立米,丰水年排沙用水量达128亿立米,最小者为16亿立米.利用丰水年洪水输沙将从根本解决输沙用水量与下游河道工农业用水之间的尖锐矛盾.     

黄河利用洪水排沙不必刻意拦粗排细

简要总结我国在黄河泥沙输移方面的研究成果,根据笔者多年的研究,得出如下结论:可以利用高含沙洪水输沙入海,适宜输送的不是低含沙量的水流,而是含沙量大于200 kg/m3的高含沙水流。黄河下游洪水期窄深河道多来多排的输沙特性是造成河道多来多排的机理,在低含沙水流时水流的流速达到1.8~2 m/s,床面进入高输沙动平整状态。不仅全沙如此,造床质泥沙(d>0.025 mm的粗泥沙)也存在着同样的输沙规律。小浪底水库的泥沙多年调节,充分利用下游河道的洪水输沙潜力输沙入海,是解决黄河下游泥沙问题和节省输沙用水的有效技术途径。平水年、枯水年小浪底水库不排沙,全部水量用于兴利和环境用水,利用洪水排沙不必刻意拦粗排细。     

黄河下游输沙量的沿程变化规律和计算方法

以1950-2002年实测输沙资料为基础，研究了黄河下游的输沙量和排沙比变化特点，参照能够反映黄河特点的考虑上站含沙量的输沙率公式，建立了黄河下游逐河段的输沙量和排沙比计算公式。实测资料的验证表明，本文建立的输沙量和排沙比计算公式具有较高精度，可以作为分析水沙变异条件下黄河下游河道泥沙输移规律的参考。     

连续枯水状态下黄河下游输沙水量计算与分析

在以往输沙水量研究成果的基础上,从输沙机理分析着手,根据1951 -2009年黄河下游河道实测水沙资料,在剖析上游水沙特点和沿程泥沙冲淤关系的基础上,预估了经历小北干流放淤和三门峡、小浪底水库联合调度后,连续枯水状态下的黄河下游输沙水量.结果表明:①按照枯水年考虑,2015年黄河下游输沙水量至少需要127亿m3;②小浪底水库达到冲淤平衡后,上游全部来沙将于2020年进入黄河下游河道,2020年枯水年情况下需要的输沙水量至少为139.8亿m3;③按照持续枯水情况考虑,2030年下游河道需求的输沙水量至少为104亿m3,与2008年相比,至少缺水74亿m3,南水北调西线工程建设势在必行.     

黄河下游河槽泥沙扬动与输移特性

本文利用大量水文资料,在前人研究的基础上,分析研究了黄河下游河槽泥沙扬动与输移特性。首先根据水文测验尤其是泥沙级配实测资料,间接分析各家公式的合理性,从而选择出物理概念清晰、符合黄河下游实际的扬动流速计算公式。对于粒径较小的泥沙,沙玉清、窦国仁等现有扬动流速计算公式都适用于黄河;随着泥沙粒径增加,几家公式差异变大,张罗号和罗诗琦公式同实测资料更为符合。在此基础上分析了黄河下游河槽不同粒径泥沙的扬动特性,认为“粗颗粒”泥沙在黄河下游河槽中水流量下亦能扬动。然后,选取黄河下游花园口、高村和利津站为下游代表水文站,采用汛期非漫滩情况下的实测数据,分别绘制了三站流量与泥沙以悬移形式运动的百分比关系图。引入扬动临界流量的概念后,各站泥沙输移特性变化规律基本遵循统一表达形式。进一步定量分析了各水文站泥沙输移特性,给出了扬动临界流量、扬动概率系数、输沙指数同泥沙粒径等因子的关系式,从而建立了泥沙以悬移形式运动的百分比与水沙因子的计算公式。结合未来30年内年均沙量减小的预测结果进行计算,表明黄河下游汛期日平均流量只要大于971 m³s,悬移质泥沙组成中的粗颗粒能保持悬移运动状态,同时表明加大流量是直接提升水流输沙能力的有效手段。     

黄河下游河道洪水期输沙规律研究

利用1960—2010年黄河下游304场次洪水实测水沙资料,以小浪底站为黄河下游河道进口控制站,以花园口、高村、艾山和利津4站为节点将黄河下游划分为4个河段,系统地研究了黄河下游洪水期河道水沙输移规律,分析了花园口、高村、艾山和利津4站输沙率与各自上站流量、含沙量和输沙率的关系。结果表明:黄河下游河道的下站输沙率与上站输沙率有很好的相关关系。在此基础上,进一步对小浪底场次洪水来沙系数进行分级,得到了分级来沙系数的下站输沙率与上站输沙率的相关关系。采用建立的下站输沙率与上站输沙率关系式计算得到的黄河下游各河段冲淤量和冲淤过程与实测资料符合很好,具有较高的精确度。利用建立的关系式可以方便地预测未来黄河下游河道洪水期不同河段冲淤量,快速判断场次洪水对黄河下游河道冲淤的影响。     

从水动力量化指标谈黄河水沙的协调性配置

黄河的主要症结在于泥沙,水少沙多,水沙配置不协调加剧了冲积性河道的淤积.黄河自然的地理、地貌特征及频繁的季节性暴雨决定水少沙多,干流上众多水利枢纽为优化天然的水沙过程创造了条件.本文从黄河泥沙输移规律出发,遴选出有利于河道输沙的水沙配置参数,提出了优化水沙过程的水沙配置原则,分析了泥沙调控量与水沙优化参数间关系,量化了黄河主要控制站年泥沙调节量.成果对水库科学调控水沙具有参考价值.     

长江泥沙输移及三峡工程泥沙问题

长江泥沙主要来自上游金沙江和嘉陵江,来沙,来水分别占宜昌站７０％和４９％,地表侵蚀以水力侵蚀和重力侵蚀为主,但输沙量远小于侵蚀量。水土保持和兴建中小型水库的拦沙作用明显减少了进入河道的泥沙,与人类活动剧水土流失所带来的负效应部分相互抵消,经综合对比分析,从宏观上看宜昌站输水量多年平均值相对稳定,三峡水库为河道型水库,长６００ｋｍ,水库来水量大,含水量较小,水库采用“蓄清排浑”的调度运行方式可做到长     

粗细泥沙挟沙能力研究

文中导出了均匀沙、非均匀粗细泥沙平衡和不平衡状态下的挟沙能力公式，反映出含沙量、来沙量、级配和粘性对挟沙能力的影响。     

洞庭湖的泥沙输移特性

洞庭湖承泄长江三口和湘、资、沅、澧四水的来水来沙。作者应用大量的实测水文泥沙资料，分析了全洞庭湖和西洞庭湖、东、南洞庭湖年际输沙、年内输沙、不同粒径的输沙特点和规律，并对产生这些规律的原因进行了比较深入的研究。     

Sediment Transport Model Validation in Lake Michigan

A multiple sediment type, three-dimensional hydrodynamic and sediment transport model was applied to Lake Michigan to simulate conditions during the Spring 2000 resuspension event. Model predictions were compared to data gathered by the EEGLE project including turbidity and downward mass flux. The model predictions for turbidity compared well to observed data, especially in capturing the distinctive peaks in turbidity due to advection that occurred in the area of the resuspension feature. The advection peaks seemed tied to the presence of a highly-resuspendable pool of sediments that was transported by weaker winds during early Spring 2000. The model predictions at depths of 40 m in the area of the resuspension feature were more problematic, as the observed data in one location showed a significant turbidity peak at the time of maximum winds. The model underestimated turbidity at that particular location, yet model predictions of a very similar turbidity peak were seen at a similar depth. The different turbidity predictions at these locations were due to underestimation of offshore flow by the hydrodynamic model. The model generally underestimated downward mass flux, though the predictions for the time-intervals that included the time of peak winds and the following week were good to excellent. These intervals generally showed the highest downward mass flux. This work highlights the importance of multiple sediment types, their associated critical shear stresses for resuspension, and the presence of a very easily resuspendable sediment layer. The availability of comprehensive data set was also important.     

放射性同位素示踪在泥沙研究中的应用

介绍了放射性同位素作为示踪物应用在泥沙运动研究中的情况，特别是国外广泛使用的同位素，如^113In铟，^198Au金，^51Cr铬^192Ir铱，^46Sc钪，^110Ag银等及其示踪的物理形式，和在悬移质、推移质研究对同位素颗粒大小的选择，描述了如何准备放射性同位素物质以及注入、示踪和数据收集等等。另外还介绍了在印度Madras港开展放射性同位素示踪疏浚泥沙运动研究的实例。最后，分析评述了国内利用放射性同位素示踪研究的进展情况。     

可视化河网一维恒定水流泥沙数学模型

作者对复杂河网水流泥沙运动数学模型计算方法进行了研究，考虑各种进出口边界条件建立了通用模型，并编成了可视化软件。此数学模型操作简单，通用性强，具有很好的应用前景，可应用于防洪、水污染、河道冲淤计算等问题研究。     

罗定江河流泥沙输移特性分析

通过对罗定江主要控制站官良水文站河流泥沙的实测资料,分析了官良站输沙量的年内分配和年际变化、径流量和输沙量的关系,为研究罗定江的水土流失和泥沙输移规律、合理开发和利用其水土资源提供了科学依据。     

太平水道悬移质输运数学模型

基于环境水动力学数学模型对太平水道悬移质输运进行了计算，计算中用水平方向上的曲线正交坐标与垂直方向上的Sigma坐标相结合以及三维数学模型二维化的方法。并且在模型中嵌入悬移质输运模块，从而建立了一个针对太平水道的水流泥沙数学模型。计算结果与实测结果比较表明：模型较好地重演太平水道潮流场以及悬移质输运过程，可以用于工程实际中的沿岸及受潮汐影响的水道潮流场及悬移质输运问题的计算。     

Experimental Study of Sediment Transport in Meandering Channels

Sediment transport in a meandering channel is measured in a laboratory flume. The measurements are evaluated and compared with previous studies. The values of the calculated sediment transport rates using previous formulas are generally overestimated. Under these circumstances, in this research, it is noticed that the sediment transport rates as measured in the laboratory, and sediment transport capacities computed with the Einstein’s approach, behave in a quite similar way, seemingly closely related to the varying bottom shear velocity or stress. Einstein’s approach for bed load comparison is chosen in this experimental research because it has been tested to some extent.     

柳河流域输沙能力探讨

分析了柳河各个河段及支流含沙量、输沙能力、径流等情况,掌握流域内水土流失状况的分布,探讨流域内的变化规律,为柳河流域的综合治理提供科学依据。